JPH04148005A - 内燃機関の弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ１発明の目的 （１）産業上の利用分野 本発明は、カムシャフトを支持するカムシャフト支持部
材を内燃機関の運転状態に応じて揺動軸心回りに揺動さ
せ、前記カムシャフトに設けたカムがロッカアームに当
接する位置を変化させることにより、該ロッカアームで
駆動される弁のバルブタイミングとバルブリフトを可変
とした内燃機関の弁駆動装置に関する。

（２）従来の技術 かかる内燃機関の弁駆動装置は、本出願人が既に特願平
１−２６５９６４号において提案している。

（３）発明が解決しようとする課題 ところで、かかる弁駆動装置では、カムシャフト支持部
材が揺動する際にカムをロッカアームのスリッパ面に沿
って移動させるべく、そのロッカアームのスリッパ面が
前記カムシャフト支持部材の揺動軸心を中心とする円弧
面で形成される。しかしながら、上記従来の弁駆動装置
は、共通のカムシャフト支持部材に吸気側カムシャフト
と排気側カムシャフトの両者が支持されるために該カム
シャフト支持部材の寸法が大型化し、その結果、前記ロ
ッカアームのスリッパ面の曲率半径が必然的に大きくな
る。このようにスリッパ面の曲率半径が大きくなると（
すなわち、スリッパ面が平坦に近い形状になると）、バ
ルブリフト量を増加させるべくカムシャフト支持部材が
ロッカアーム軸に近づくように揺動した時にカムがロッ
カアーム軸に干渉する虞れがあるため、前記カムの設計
自由度に制約が加わって充分なバルブリフト量を確保す
ることが困難となる。また、上記従来の弁駆動装置は、
両カムシャフトが共通のカムシャフト支持部材に支持さ
れているため、吸気弁と排気弁のバルブリフトおよびバ
ルブタイミングを各々独立に設定することが困難である
。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ロッカア
ームのスリッパ面の曲率半径を任意に設定することが可
能であり、しかも吸気弁と排気弁のバルブリフトおよび
バルブタイミングを独立に設定することが可能な内燃機
関の弁駆動装置を提供することを目的とする。

Ｂ０発明の構成 （１）課題を解決するための手段 前記目的を達成するために、本発明は、カムシャフトを
支持するカムシャフト支持部材を内燃機関の運転状態に
応して揺動軸心回りに揺動させ、前記カムシャフトに設
けたカムがロッカアームに当接する位置を変化させるこ
とにより、該口７カアームで駆動される弁のバルブタイ
ミングとバルブリフトを可変とした内燃機関の弁駆動装
置において、吸気側カムシャフトを支持する吸気側カム
シャフト支持部材と、排気側カムシャフトを支持する排
気側カムシャフト支持部材とを備え、前記両カムシャフ
ト支持部材が各々別個の揺動軸心回りに揺動することを
特徴とする。

（２）作　用 前述の本発明の特徴によれば、吸気側カムシャフト支持
部材と排気側カムシャフト支持部材を各々別個の揺動軸
心回りに揺動させると、吸気側カムシャフトに設けたカ
ムと排気側カムシャフトに設けたカムが対応する吸気側
および排気側ロッカアームに当接する位置が移動するた
め、それらのロッカアームにより駆動される吸気弁と排
気弁のバルブタイミングとバルブリフトが独立して変化
する。また、各カムシャフト支持部材が１本のカムシャ
フトのみを支持して別個の揺動軸心回りに揺動するため
、そのカムシャフト支持部材の寸法が小型化される。そ
の結果、ロッカアームのスリッパ面の曲率半径が減少し
て該スリッパ面の突出量が増加するため、カムをロッカ
アーム軸に接近させることが可能となってバルブリフト
量を大きく設定することができる。

（３）実施例 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図〜第６図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図はその弁駆動装置を備えた内燃機関の縮断面図（第２
図のＩ−１線断面図）、第２圀は第１図の■−■線断面
図、第３図は第１図のｍ−■線断面図、第４図は第２図
のｒＶ−ＩＶ線拡大矢視図、第５図は作用の説明図、第
６図は弁特性を示すグラフである。

第１図〜第３図に示すように、ダブルオーバーヘッドカ
ムシャフト型の４サイクル多気筒内燃機関Ｅは、ピスト
ン１が摺合するシリンダブロック２に上部に接合される
シリンダヘッド３と、その上部に接合されるヘッドカバ
ー４とを備える。

シリンダへラド３にはピストン１の頂面に対向するよう
に燃焼室５が形成され、この燃焼室５に開口する各一対
の吸気ポート６ａと排気ポート６ｂには、各々吸気弁７
ａと排気弁７ｂが装着される。吸気弁７ａと排気弁７ｂ
は弁ガイド８ａ、８ｂに摺動自在に支持され、その傘部
を弁座に着座させるべく、上下のリテーナ１０ａ、１０
ｂ；１１ａ、ｌｌｂ間に縮設した弁ばね１２ａ、１２ｂ
で上方に付勢される。そして、前記両弁７ａ、７ｂの軸
部上端が、吸気側ロッカアーム１３ａと排気側ロッカア
ーム１３ｂに当接して駆動される。

第４図を併せて参照すると明らかなように、吸気側ロッ
カアーム１３ａは、シリンダヘッド３に設けた一対のブ
ラケノ）１４ａに架設した吸気側ロッカアーム軸１５ａ
に揺動自在に支持される。

吸気側ロッカアーム１３ａは、前記吸気側ロッカアーム
軸１５ａの外周にボス部１３ａ＋を介して支持され、そ
の上面に１個の円弧状のスリッパ面１３ａ！を有すると
ともに、左右方向に張り出す一対の弁駆動部１３ａ、の
先端に、吸気弁７ａの軸部先端とのクリアランスを調整
する一対のアジャストスクリュウ１６を有する。

第１図〜第３図に示すように、ヘッドカバ−４の上部内
面には複数の円弧状のガイドレール４１が形成され、こ
のガイドレール４１に一定の距離を存して対向するよう
にシリンダヘッド３の上面に複数の円弧状のガイド面３
１が形成される。吸気側カムシャフト支持部材２２ａは
、ガイドレール４１に摺動自在に案内される複数の上部
側板１９ａとガイド面３．に案内される複数の下部側板
２０ａとを備え、両側板１９ａ、２０ａは、前記ロッカ
アーム１３ａのスリッパ面１３ａ２に当接するカム２９
ａを有する吸気側カムシャフト２５ａを回転自在に挟持
すべく、各２本のボルト１７で結合される０ｗ４接する
上部側板１９ａは一体に移動できるように連結部材２１
ａにより一体に連結されるが、中央の２個の上部側板１
９ａだけはセクタギヤ１９．を介して連結される。

なお、排気側ロッカアーム１３ｂおよび排気側カムシャ
フト支持部材２２ｂの構造は、前述の吸気側ロッカアー
ム１３ａおよび吸気側カムシャフト支持部材２２ａロツ
カアーム１３ａの構造と第２図および第３図において左
右対象の同一構造であるため、添字すを持つ同一の符号
を付すことにより重複する説明を省略する。

ヘンドカバー４の凹部４□にはサーボモータ３０に接続
されたウオームギヤシャフト３１が回転自在に支持され
、その先：４側に形成したウオームギヤ３２ａが前記吸
気側カムシャフト支持部材２２ａのセクタギヤｔ９ａ＋
に噛合するとともに、その基端側に形成したウオームギ
ヤ３２ｂが前記排気側カムシャフト支持部材２２ｂのセ
クタギヤ１９ｂ、に噛合する。そして、前記ウオームギ
ヤ３２ａとウオームギヤ３２ｂは逆ねじとして形成され
ているため、そのウオームギヤシャフト３１を駆動する
ことにより、吸気側カムシャフト支持部材２２ａと排気
側カムシャフト支持部材２２ｂは相互に接近あるいは離
間するように駆動される。

これにより、シリンダへラド３の中間部に空間が確保さ
れるため、この空間を利用して点火プラグＰを燃焼室５
中夫の好位置にレイアウトすることが可能となる（第２
図参照）。

シリンダブロック２の頂面に設けたブラケット１８には
、前記吸気側カムシャフト支持部材２２ａを案内するガ
イドレール４１およびガイド面３１の円弧中心Ｏａに一
致するようにアイドラギヤ２７ａが軸支されるとともに
、前記ブラケット１８には、排気側カムシャフト支持部
材２２ｂを案内するガイドレール４．およびガイド面３
．の円弧中心ｏｂに一致するように前記アイドラギヤ２
７ａと同一の歯数を持つアイドラギヤ２７ｂが軸支され
る。前記吸気側ロッカアーム１３ａのスリッパ面１３ａ
オは、吸気側アイドラギヤ２７ａの回転軸心（すなわち
、前記円弧中心、つまり吸気側カムシャフト支持部材２
２ａの揺動軸心Ｏａ）を中心とする円弧面より形成され
、同様に、排気側口７カアーム１３ｂのスリッパ面１３
ｂ２は、排気側アイドラギヤ２７ｂの回転軸心（すなわ
ち、前記円弧中心、つまり排気側カムシャフト支持部材
２２ｂの揺動軸心ｏｂ）を中心とする円弧面より形成さ
れる。このとき、両カムシャフト支持部材２２ａ、２２
ｂが各々別個の揺動軸心Ｏａ、Ｏｂ回りに枢支されるた
め、その寸法が小型化されて前記スリッパ面１３ａｚ、
１３ｂｘの曲率半径が小さくなる。吸気側アイドラギヤ
２７ａは吸気側カムシャフト２５ａに設けた吸気側カム
ギヤ２８ａに、また排気側アイドラギヤ２７ｂは排気側
カムシャフト２５ｂに設けた排気側カムギヤ２８ｂに噛
合し、且つ両アイドラギヤ２７ａ、２７ｂは相互に噛合
する。そして、吸気側アイドラギヤ２７ａと一体のスプ
ロケット２３がチェノ２４を介してクランクシャフトに
接続される。これにより、クランクシャフトの回転はチ
ェノ２４、スプロケット２３、アイドラギヤ２７ａを介
して吸気側カムギヤ２８ａに伝達され、同時にアイドラ
ギヤ２７ａからアイドラギヤ２７ｂを介して排気側カム
ギヤ２８ａにも伝達され、吸気側カムシャフト２５ａと
排気側カムシャフト２５ｂをクランクシャフトの１／２
の回転速度で互いに逆方向に駆動する。

次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用につい
て説明する。

内燃機関Ｅの運転に伴ってクランクシャフトにチェノ２
４を介して連動するアイドラギヤ２７ａの回転はカムギ
ヤ２８ａを介してカムシャフト２５ａに伝達され、この
カムシャフト２５ａをクランクシャフトの１／２の回転
速度で駆動する。−方、前記アイドラギヤ２７ａの回転
はアイドラギヤ２７ｂおよびカムギヤ２８ｂを介してカ
ムシャフト２５ｂに伝達され、このカムシャフト２５ｂ
を前記力ムシャフ）２５ａと逆方向に同回転速度で駆動
する。カムシャフト２５ａ、２５．ｂと共に回転するカ
ム２９ａ、２９ｂに当接するロッカアーム１３ａ、１３
ｂはロッカアーム軸１５ａ、１５ｂ回りに揺動し、この
口７カアーム１３ａ、１３ｂに押圧された吸気弁７ａお
よび排気弁７ｂはクランクシャフトの２回転につき１回
ずっ開弁する。このとき、第１図において吸気側カム２
９ａにおいて反時計方向に、排気側カム２９ｂは時計方
向に回転するが、排気側カム２９ｂの位相は吸気側カム
２９ａの位相よりも約９０’進んでおり、これにより先
ず排気弁７ｂの開弁期間が生じ、それに続いて吸気弁７
ａの開弁期間が生じる。そして、排気弁７ｂの開弁期間
と吸気弁７ａの開弁期間は僅かに重複し、そこに排気弁
７ｂと吸気弁７ａのバルブオーバーラツプ期間が形成さ
れる。

さて、内燃機関Ｅの部分負荷運転時にはサーボモータ３
０によりウオームギヤシャフト３１が回転し、ウオーム
ギヤ３２ａおよびセクタギヤ１９ａ、を介して吸気側カ
ムシャフト支持部材２２ａが、またウオームギヤ３２ｂ
およびセクタギヤ１９ｂ、を介して排気側カムシャフト
支持部材２２ｂが互いに接近する方向に揺動し、第５図
（ａ）の状態となる。このとき、一対のウオームギヤ３
２ａ、３２ｂが逆ねじとして形成されているため、その
スラスト力が相殺されてウオームギヤシャフト３１の軸
受の負荷が減少する。このようにして、吸気側カム２９
ａおよび排気側カム２９ｂがロッカアーム１３ａ、１３
ｂのスリッパ面１３ａ、。

１３ｂ、先端側に当接すると、ロッカアーム軸１５ａ、
１５ｂから前記カム２９ａ、２９ｂとスリッパ面１３ａ
ｚ、１３ｂｔとの接触点までのレバー比が大きくなるた
め、前記ロッカアーム１３ａ。

１３ｂの揺動角が減少して吸気弁７ａと排気弁７ｂのバ
ルブリフトは第６図に示すように共に小さくなる。

内燃機関Ｅの全負荷運転時には両カムシャフト支持部材
２２ａ、２２ｂが互いに離間する方向に揺動して第５図
（ｂ）の位置に達し、両カム２９ａ、２９ｂはｏ　７カ
アーム１３ａ、１３ｂのスリッパ面１３ａｚ、１３ｂｚ
の基端側に当接する。

この状態ではロッカアーム軸１５ａ、１５ｂから前記カ
ム２９ａ、２９ｂとロッカアーム１３ａ。

１３ｂとの接触点までのレバー比が小さくなるため、前
記ロッカアーム１３ａ、１３ｂの揺動角が増加して吸気
弁７ａと排気弁７ｂのバルブリフトは第６図に示すよう
に共に大きくなり、更にバルブオーバーラツプの時間面
積も部分負荷運転時に比べて増加する。このとき、前述
のように両カムシャフト支持部材２２ａ、２２ｂの小型
化に伴うスリッパ面１３ａｚ、１３ｂｚの曲率半径の減
少により、そのスリッパ面１３ａｚ、１３ｂｚを上方に
向けて比較的大きく突出させることができる。

その結果、第５図（ｂ）に示す全負荷運転時にカム２９
ａ、２９ｂが０７カアーム軸１５ａ、１５ｂに接近して
も両者が互いに干渉し難くなるため、充分なバルブリフ
トが確保されるだけでなく、カム２９ａ、２９ｂの設計
自由度を増すことができる。

上述のバルブリフトの増加と同時に、吸気側カムシャフ
ト支持部材２２ａの時計方向の揺動により、アイドラギ
ヤ２７ａに噛合する吸気側カムギヤ２８ａは時計方向、
すなわちカムシャフト２５ａの回転方向と逆方向に僅か
に回転するため、吸気側カム２９ａの位相角が遅れ側に
移動してバルブタイミングに遅れが生じる。同様にして
、排気側カムシャフト支持部材２２ｂの反時計方向の揺
動により、アイドラギヤ２７ｂに噛合する排気側カムギ
ヤ２８ｂは反時計方向、すなわちカムシャフト２５ｂの
回転方向と逆方向に僅かに回転するため、排気側カム２
９ａの位相角も遅れ側に移動してバルブタイミングに遅
れが生じる。つまり、全負荷運転時には部分負荷運転時
に比べて両弁７ａ、７ｂのバルブリフトが増加するとと
もに、ノ・ルプタイミングが遅れることになる。

而して、全負荷運転時に吸気弁７ａの閉じ位ｌを下死点
を過ぎた範囲でコントロールすることにより、吸気慣性
効果を最大限に発揮させて体積郊率の向上を図ることが
できるだけでなく、排気力７ｂの閉じ位置をコントロー
ルすることにより、バルブオーバーラツプの時間面積を
変更して排り系の脈動効果を有効に利用することができ
、こねにより内燃機関Ｅの高出力化とトルクのフラット
化を同時に実現することができる。

また、部分負荷運転時にはバルブリフトの減少によって
バルブ駆動に伴うメカ騒音の低減が可能になるとともに
、バルブ駆動に伴うフリクシタンの低減が可能となる。

更に、前記バルブリフトの低下に伴ってバルブオーバー
ラツプの時間面積が減少するので、通過新気が減少して
排気のクリーン化が可能になるばかりか、排気圧力の吸
気系への回り込みが減少して吸気騒音が低下する。

上述のように、吸気側カムシャフト支持部材２２ａと排
気側カムシャフト支持部材２２ｂが各々別個に駆動され
るため、それらカムシャフト支持部材２２ａ、２２ｂの
揺動角度や揺動半径を適宜選択して吸気弁７ａと排気弁
７ｂのバルブリフトとバルブタイミングを独立に変化さ
せれば、−暦法範囲な制御が可能となる。しかも、両カ
ムシャフト支持部材２２ａ、２２ｂが小型化できるため
、そのレイアウトや製作が容易になり、特に多気筒の内
燃機関に通用した場合に有利である。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実
施例に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載さ
れた本発明を逸脱することなく、種々の小設計変更を行
うことが可能である。

例えば、実施例では吸気側カムシャフト支持部材２２ａ
と排気側カムシャフト支持部材２２ｂを共通のウオーム
ギヤシャフト３１で駆動しているが、それらを別個に駆
動することができる。その際、両カムシャフト支持部材
２２ａ、２２ｂは必ずしも同方向に揺動する必要はなく
、それらの揺動方向とロッカアーム１３ａ、１３ｂの配
置方向とを適宜組み合わせることにより、−暦法範囲な
制御が可能となる。

Ｃ０発明の効果 以上のように本発明の特徴によれば、吸気側カムシャフ
ト支持部材と排気側カムシャフト支持部材を各々別個の
揺動軸心回りに揺動させているので、それらカムシャフ
ト支持部材を小型化することができ、その結果、両カム
シ中フト支持部材の揺動半径が減少してロッカアームの
スリッパ面の曲率半径が小さくなる。これにより全負荷
運転時にカムがロッカアームの基部側に接近した際に、
該カムがロッカアーム軸と干渉し難くなるため、バルブ
リフトを充分に確保することが可能となるばかりか、カ
ムの設計自由度が大幅に増加する。

しかも、カムシャフト支持部材の小型化によりシリンダ
ヘッド内部におけるレイアウトの自由度が増加するばか
りか、その組み付けや製造が容易になる。更に、吸気弁
と排気弁のバルブリフトとバルブタイミングを各々別個
に変化させることができるので、極めて広範囲な制御が
可能となり、内燃機関の性能向上に大きく寄与すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図はその弁駆動装置を備えた内燃機関の縦断面図（第２
図のＩ−１線断面図）、第２図は第１図の■−■線断面
図、第３図は第１図のｍ−ｍ線断面図、第４図は第２図
の■−■線拡大矢視図、第５図は作用の説明図、第６図
は弁特性を示すグラフである。 ７　ａ−−・吸気弁、７ｂ・・・排気弁、１３ａ、１３
ｂ・・・ロッカアーム、２２ａ、２２ｂ・・・カムシャ
フト支持部材、２５ａ、２５ｂ・・・カムシャフト、２
９ａ、２９ｂ・・・カム、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 カムシャフト（２５ａ、２５ｂ）を支持するカムシャフ
   ト支持部材（２２ａ、２２ｂ）を内燃機関（Ｅ）の運転
   状態に応じて揺動軸心（Ｏａ、Ｏｂ）回りに揺動させ、
   前記カムシャフト（２５ａ、２５ｂ）に設けたカム（２
   ９ａ、２９ｂ）がロッカアーム（１３ａ、１３ｂ）に当
   接する位置を変化させることにより、該ロッカアーム（
   １３ａ、１３ｂ）で駆動される弁（７ａ、７ｂ）のバル
   ブタイミングとバルブリフトを可変とした内燃機関の弁
   駆動装置において、 吸気側カムシャフト（２５ａ）を支持する吸気側カムシ
   ャフト支持部材（２２ａ）と、排気側カムシャフト（２
   ５ｂ）を支持する排気側カムシャフト支持部材（２２ｂ
   ）とを備え、前記両カムシャフト支持部材（２２ａ、２
   ２ｂ）が各々別個の揺動軸心（Ｏａ、Ｏｂ）回りに揺動
   することを特徴とする、内燃機関の弁駆動装置。